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蛋白質(zhì)的定點(diǎn)修飾是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)特定位點(diǎn)進(jìn)行修飾，從而達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)改性或?qū)ζ溥M(jìn)行標(biāo)記等一系列目的。蛋白質(zhì)的定點(diǎn)修飾對(duì)反應(yīng)條件嚴(yán)格：反應(yīng)需在水相溶液中進(jìn)行，同時(shí)蛋白質(zhì)其它側(cè)鏈基團(tuán)不參與反應(yīng)。近日，上海交通大學(xué)特別研究員王平課題組與中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員鄭永唐課題組合作，發(fā)展了一種由仿生的鄰醌介導(dǎo)對(duì)蛋白N-端進(jìn)行選擇性修飾的方法，并將其運(yùn)用于蛋白質(zhì)標(biāo)記和抗HIV藥物研發(fā)等領(lǐng)域。

蛋白質(zhì)的N-端-α胺基相較于賴氨酸的ε胺基有較低的pKa，因而更具有親核性，是蛋白質(zhì)定點(diǎn)修飾的理想位點(diǎn)。自然界中，銅胺氧化酶催化酪氨酸的側(cè)鏈酚基被氧化成鄰醌，鄰醌可將體系內(nèi)的一級(jí)胺氧化成醛、酮基。受此啟發(fā)，科研人員發(fā)展了蛋白質(zhì)仿生轉(zhuǎn)氨化的方法。通過(guò)篩選多種鄰醌類化合物與模板肽進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鄰醌試劑在pH 6.5的緩沖水溶液中具有最高活性，能在2小時(shí)內(nèi)將N-端為甘氨酸的模板肽8轉(zhuǎn)換為醛，隨后與乙氧基胺作用產(chǎn)生更穩(wěn)定的肟產(chǎn)物9，兩步總轉(zhuǎn)換率達(dá)到91%，而模板肽中的賴氨酸ε胺基在該反應(yīng)條件下產(chǎn)生的副反應(yīng)低于1%。該氧化條件適用于N-端為精氨酸、亮氨酸，賴氨酸，甲硫氨酸、谷氨酸，天門冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、色氨酸和天門冬酰胺等多肽的修飾，均能以高產(chǎn)率獲得修飾多肽。

隨后，該方法被應(yīng)用于蛋白質(zhì)目標(biāo)物泛素及肌紅蛋白的修飾，均能以70%以上的轉(zhuǎn)化率得到目標(biāo)肟產(chǎn)物及生物素標(biāo)記的肌紅蛋白修飾產(chǎn)物。由于反應(yīng)條件對(duì)蛋白序列中游離的半胱氨酸巰基并不耐受，科研人員進(jìn)而發(fā)展了光敏保護(hù)基策略，即先將蛋白質(zhì)中游離的半胱氨酸與小分子2-硝基胡椒芐溴反應(yīng)而被選擇性保護(hù)，隨后進(jìn)行轉(zhuǎn)胺化反應(yīng)，最后通過(guò)光解脫除保護(hù)基，即得到目標(biāo)修飾蛋白質(zhì)。反應(yīng)過(guò)程中不需額外分離手段，只需通過(guò)簡(jiǎn)單萃取去除小分子反應(yīng)物即可，最大限度地維持了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。科研人員將該策略應(yīng)用于含游離半胱氨酸的SUMO2和RNF4蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)胺化。

蛋白質(zhì)趨化因子CCL4是HIV輔助受體CCR5的配體。科研人員利用該策略對(duì)CCL4的N-端進(jìn)行轉(zhuǎn)胺化修飾，快速得到一系列修飾蛋白質(zhì)29-45。抗HIV-1活性體外實(shí)驗(yàn)表明，帶修飾蛋白質(zhì)30和31的抗HIV-1活性相較于表達(dá)的CCL4活性有顯著提高。該實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)蛋白質(zhì)化學(xué)合成與定點(diǎn)修飾聯(lián)用可以在短時(shí)間內(nèi)得到大量不同修飾的蛋白質(zhì)，可為抗HIV蛋白質(zhì)類藥物的制備提供技術(shù)手段。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上。王平和鄭永唐為論文共同通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中科院個(gè)性化藥物先導(dǎo)專項(xiàng)的支持。

HIV輔助受體CCR5配體CCL4的N-端修飾及其抗HIV-1活性研究

(責(zé)任編輯：劉思慧)